煤礦污水處理站高密度沉淀池的改造研究

陳鵬華

（霍州煤電集團(tuán)晉北煤業(yè)有限公司環(huán)保節(jié)能中心，山西 忻州 035100）

高密度沉淀池工藝是一項(xiàng)水沉淀處理新工藝，高密度沉淀池為三個(gè)單元的綜合體：反應(yīng)、預(yù)沉池-濃縮和斜板分離，在該沉淀池中，采用絮凝后的污泥做催化劑，改善絮凝和沉淀效果。高密度沉淀池的主要工藝原理是利用回流污泥，與污水一起混凝、絮凝（反應(yīng)），然后污泥沉淀濃縮，污水經(jīng)過(guò)斜板沉淀進(jìn)行分析。當(dāng)前，在煤礦工業(yè)廢水和生活污水處理中，高密度沉淀池應(yīng)用較為廣泛[1-5]。

1 煤礦污水處理站改造前概況

1.1 改造前設(shè)計(jì)水量水質(zhì)

晉北煤業(yè)污水處理站設(shè)計(jì)水處理能為250 m3/h，但該污水處理站實(shí)際處理水量為360 m3/h，實(shí)際處理水量超過(guò)設(shè)計(jì)處理能力，為超負(fù)荷工作狀態(tài)。出水出質(zhì)要求符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)和《煤炭工業(yè)給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（MT/T 5014-96）中《選煤廠用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。該污水處理站設(shè)計(jì)中進(jìn)、出水水質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 污水處理站設(shè)計(jì)中進(jìn)、出水水質(zhì)參數(shù)

1.2 改造前處理工藝分析

晉北煤業(yè)公司污水處理站改造前污水處理工藝如圖1。

圖1 污水處理站改造前污水處理工藝示意圖

煤礦各類(lèi)污水通過(guò)提升泵提升到初沉池中；經(jīng)初沉池靜置沉淀后進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行均質(zhì)、均量，并設(shè)置除油機(jī)去除表面浮油；通過(guò)潛水排污泵加壓提升到高密度沉淀池；在高密度沉淀池經(jīng)過(guò)絮凝和沉淀處理后進(jìn)入中間水池；靜置后進(jìn)入壓力砂濾罐和壓力碳濾罐組，經(jīng)吸附處理后出水進(jìn)入消毒池；通過(guò)ClO2消毒后排入回用水池，處理達(dá)標(biāo)的污水用于生產(chǎn)。

1.3 改造前運(yùn)行情況分析

晉北煤業(yè)開(kāi)采規(guī)模擴(kuò)大，產(chǎn)生和排放的污水量也隨即增加，導(dǎo)致污水處理站的實(shí)際運(yùn)行處理量從250 m3/h 增加到360 m3/h，處理站的超負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致出水SS 濃度在12～14 mg/L 左右，出水水質(zhì)無(wú)法達(dá)標(biāo)。

1.4 污水處理站改造前問(wèn)題分析

該污水處理站改造前問(wèn)題分析：混凝劑采用PAC（聚氯化鋁），投加濃度為210 mg/L，投加濃度過(guò)大；絮凝劑采用PAM（聚丙烯酞胺），投加濃度為12 mg/L，投加濃度過(guò)大；進(jìn)入壓力砂濾罐和壓力碳濾罐組反沖洗次數(shù)增加頻繁；污泥脫水性能不佳。

2 高密度沉淀池改造方案分析

2.1 高密度沉淀池改造思路分析

高密度沉淀池改造前結(jié)構(gòu)及布置情況如圖2。通過(guò)對(duì)改造前高密度沉淀池的問(wèn)題分析，為其改造提供思路。

圖2 高密度沉淀池改造前結(jié)構(gòu)及布置示意圖

（1）從圖2 中可知，PAC 和PAM 投加位置一致，PAC 投加后沒(méi)與處理污水充分混合，混凝劑水解、聚合及顆粒脫穩(wěn)反應(yīng)不充分。

（2）PAC 投加后沒(méi)有進(jìn)行劇烈攪拌，導(dǎo)致PAC 的反應(yīng)和混凝沉淀不充分，僅僅在導(dǎo)流筒上端安裝有一功率為0.75 kW 的小型攪拌機(jī)，攪拌設(shè)備功率偏小，攪拌不充分。

（3）PAC 投加濃度過(guò)大，反而影響混凝效果，污泥脫水性能不佳。

（4）高密度沉淀池污水處理量增加到360 m3/h后，無(wú)法在高密度沉淀池現(xiàn)場(chǎng)增加相應(yīng)的污水處理設(shè)備提高處理能力。

（5）高密度沉淀池處理能力不足、運(yùn)行效果不佳，使得出水進(jìn)入壓力砂濾罐和壓力碳濾罐組后反沖洗次數(shù)頻繁增加。

2.2 高密度沉淀池的改造方案

基于污水處理站實(shí)際運(yùn)行處理量達(dá)360 m3/h 的實(shí)際情況，結(jié)合改造前高密度沉淀池的問(wèn)題分析，設(shè)計(jì)了本次高密度沉淀池的改造方案。改造后高密度沉淀池共設(shè)計(jì)為兩組，尺寸規(guī)格（L×B×H）=8.6 m×5.2 m×5.1 m，導(dǎo)流筒Ф1.0 m×3.0 m，反應(yīng)室V=40.2 m3。改造后的高密度沉淀池結(jié)構(gòu)及布置情況如圖3。

圖3 高密度沉淀池改造后結(jié)構(gòu)及布置示意圖

由圖3 可知，高密度沉淀池主要改造內(nèi)容如下：

（1）調(diào)整以往功率0.75 kW 的小型攪拌電機(jī)為4 kW 中型攪拌電機(jī)，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)囊酝?0 r/min 調(diào)整為68 r/min，有效提高了混凝劑的攪拌力度。

（2）將以往的混凝劑和絮凝劑投加位置進(jìn)行改造，將混凝劑和絮凝劑分開(kāi)為二層，在兩個(gè)位置進(jìn)行投加。

（3）在絮凝反應(yīng)室中增加一套折流板設(shè)置。

2.3 改造后參數(shù)分析

該污水處理站高密度沉淀池主要由快速混合反應(yīng)單元、絮凝單元、沉淀和污泥濃縮單元三大部分組成。本次改造主要是對(duì)快速混合反應(yīng)單元、絮凝單元進(jìn)行改造，沉淀和污泥濃縮單元未改動(dòng)。

（1）快速混合反應(yīng)單元。該快速混合反應(yīng)單元主要在混合池內(nèi)進(jìn)行，通混凝劑加入混合池內(nèi)后，采用攪拌機(jī)進(jìn)行劇烈攪拌，混凝劑在污水中快速分散，使其在污水中均勻分布形成小的絮體。以往快速混合反應(yīng)單元沒(méi)有設(shè)置單獨(dú)的混合池，混凝效果不佳。針對(duì)這一問(wèn)題，將以往的導(dǎo)流筒區(qū)域改造為混合反應(yīng)區(qū)域，經(jīng)試驗(yàn)確定反應(yīng)階段最佳參數(shù)：PAC 投加濃度為70 mg/L，混合攪拌時(shí)間55 s，攪拌速度梯度980 s-1。

（2）絮凝單元。絮凝單元主要在絮凝反應(yīng)池內(nèi)，污水進(jìn)入后經(jīng)混凝反應(yīng)通過(guò)導(dǎo)流筒流入絮凝反應(yīng)池內(nèi)，由上至下通過(guò)折板進(jìn)行絮凝反應(yīng)促使絮體增大，污水進(jìn)一步流入沉淀和污泥濃縮單元，去除絮體。經(jīng)試驗(yàn)確定：PAM 投加濃度為4 mg/L，污水在絮凝反應(yīng)池中的最佳停留時(shí)間為16 min。

3 處理效果及效益分析

3.1 改造后處理效果

晉北煤業(yè)污水處理站高密度沉淀池改造完成后，于2020 年9 月投入到實(shí)踐應(yīng)用中。當(dāng)前污水處理站及高密度沉淀池工藝整體運(yùn)行正常，污水處理站能順利完成360 m3/h 的實(shí)際水量的處理。改造后，高密度沉淀池工藝混凝劑PAC 的投加濃度從210 mg/L 降低到70 mg/L，絮凝劑PAM 的投加濃度從12 mg/L 降低到4 mg/L，PAC 和PAM 藥劑有了大幅度降低，對(duì)污水的混凝沉淀和絮凝效果反而更加理想。污水經(jīng)處理后出水水質(zhì)符合設(shè)計(jì)要求，其SS濃度檢測(cè)結(jié)果如圖4，SS濃度保持在3 mg/L之下，符合設(shè)計(jì)要求。高密度沉淀池改造后，因?yàn)镻AC 和PAM 投加濃度降低，污泥脫水性能有效提高了，同時(shí)減少了污水進(jìn)入壓力砂濾罐和壓力碳濾罐組后的反沖洗次數(shù)。

圖4 改造后出水水質(zhì)SS 檢測(cè)結(jié)果示意圖

3.2 效益分析

（1）改造前，高密度沉淀池?cái)嚢铏C(jī)、刮泥機(jī)等設(shè)備的耗電成本為103 元/天，混凝劑PAC 的投加費(fèi)用為2678 元/天，絮凝劑PAM 的投加費(fèi)用為1658 元/天，合計(jì)費(fèi)用為4439 元/天。改造后，高密度沉淀池?cái)嚢铏C(jī)、刮泥機(jī)等設(shè)備的耗電成本為207 元/天，混凝劑PAC 的投加費(fèi)用為890 元/天，絮凝劑PAM 的投加費(fèi)用為553 元/天，合計(jì)費(fèi)用為1650 元/天。高密度沉淀池改造后運(yùn)行費(fèi)用從4439元/天降低到了1650 元/天，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（2）高密度沉淀池改造后，處理站出水水質(zhì)符合設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是SS 濃度從12～14 mg/L左右降低到3 mg/L 以下，社會(huì)效益顯著。